JP3348686B2 - 振動波検出方法及び装置 - Google Patents
振動波検出方法及び装置Info
- Publication number
- JP3348686B2 JP3348686B2 JP12530399A JP12530399A JP3348686B2 JP 3348686 B2 JP3348686 B2 JP 3348686B2 JP 12530399 A JP12530399 A JP 12530399A JP 12530399 A JP12530399 A JP 12530399A JP 3348686 B2 JP3348686 B2 JP 3348686B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- vibration wave
- resonators
- wave detection
- detector
- resonance
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims description 55
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 claims 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 description 13
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 9
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 8
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 7
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 7
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 5
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000009966 trimming Methods 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 description 2
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000005459 micromachining Methods 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
- G01H3/00—Measuring characteristics of vibrations by using a detector in a fluid
- G01H3/04—Frequency
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
- G01H11/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties
- G01H11/06—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties by electric means
- G01H11/08—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties by electric means using piezoelectric devices
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
- G01H1/00—Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector
- G01H1/04—Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector of vibrations which are transverse to direction of propagation
- G01H1/06—Frequency
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】共振周波数が異なる複数の共
振子を用いて、振動波の周波数帯域毎の強度を電気的に
検出する振動波検出方法及び装置に関し、特に、各周波
数帯域毎の電気的出力を調整できる振動波検出方法及び
装置に関する。
振子を用いて、振動波の周波数帯域毎の強度を電気的に
検出する振動波検出方法及び装置に関し、特に、各周波
数帯域毎の電気的出力を調整できる振動波検出方法及び
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】長さが異なる（つまり、共振周波数が異
なる）複数の共振子をアレイ化して、音波等の振動波に
対して各共振子毎に特定の共振周波数で選択的に応答し
て共振させ、その各共振子毎の共振レベルを電気的信号
に変換して出力し、振動波の周波数帯域毎の強度を検出
する共振子アレイ型の振動センサが報告されている（例
えば、W.Benecke et al., "A Frequency-Selective, Pi
ezoresistive Silicon Vibration Sensor," Digest of
Technical Papers of TRANSDUCERS '85, pp.105-108 (1
985)、または、E.Peeters et al., "Vibration Signatu
re Analysis Sensors for Predictive Diagnostics," P
roceedings of SPIE '97, vol.3224, pp-220-230 (199
7) ）。
なる）複数の共振子をアレイ化して、音波等の振動波に
対して各共振子毎に特定の共振周波数で選択的に応答し
て共振させ、その各共振子毎の共振レベルを電気的信号
に変換して出力し、振動波の周波数帯域毎の強度を検出
する共振子アレイ型の振動センサが報告されている（例
えば、W.Benecke et al., "A Frequency-Selective, Pi
ezoresistive Silicon Vibration Sensor," Digest of
Technical Papers of TRANSDUCERS '85, pp.105-108 (1
985)、または、E.Peeters et al., "Vibration Signatu
re Analysis Sensors for Predictive Diagnostics," P
roceedings of SPIE '97, vol.3224, pp-220-230 (199
7) ）。
【０００３】従来の振動センサでは、共振子の根元にピ
エゾ抵抗を形成し、共振子の振動（共振）によって起こ
るピエゾ抵抗の抵抗値の変化を、ホィートストンブリッ
ジ等によって検出し、共振子から電気的な出力信号を取
り出している。特に、後者の文献のセンサでは、各共振
子におけるホィートストンブリッジ出力をマルチプレク
サにより切り換えながら、出力信号を得ている。
エゾ抵抗を形成し、共振子の振動（共振）によって起こ
るピエゾ抵抗の抵抗値の変化を、ホィートストンブリッ
ジ等によって検出し、共振子から電気的な出力信号を取
り出している。特に、後者の文献のセンサでは、各共振
子におけるホィートストンブリッジ出力をマルチプレク
サにより切り換えながら、出力信号を得ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このような振動センサ
にあって、入力された振動波の特定の周波数帯域の検出
感度を制御したいという要求がある。従来の振動センサ
において、このような検出感度制御機能を持たせるため
には、各共振子から得られる電気的な出力信号に対して
後段にて増幅または減衰の処理を施すような回路構成が
必要である。よって、全体の回路規模が大きくなってし
まうという問題がある。
にあって、入力された振動波の特定の周波数帯域の検出
感度を制御したいという要求がある。従来の振動センサ
において、このような検出感度制御機能を持たせるため
には、各共振子から得られる電気的な出力信号に対して
後段にて増幅または減衰の処理を施すような回路構成が
必要である。よって、全体の回路規模が大きくなってし
まうという問題がある。
【０００５】本発明は斯かる事情に鑑みてなされたもの
であり、簡単な回路構成により検出感度制御機能を持た
せることができる振動波検出方法及び装置を提供するこ
とを目的とする。
であり、簡単な回路構成により検出感度制御機能を持た
せることができる振動波検出方法及び装置を提供するこ
とを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る振動波検
出方法は、夫々が異なる特定の周波数に共振する複数の
共振子に振動波を伝播させ、前記共振子夫々の前記周波
数による共振に伴う電気的出力を、前記共振子夫々に設
けた検出器にて検出する振動波検出方法において、前記
共振子夫々における電気的出力を調整することを特徴と
する。
出方法は、夫々が異なる特定の周波数に共振する複数の
共振子に振動波を伝播させ、前記共振子夫々の前記周波
数による共振に伴う電気的出力を、前記共振子夫々に設
けた検出器にて検出する振動波検出方法において、前記
共振子夫々における電気的出力を調整することを特徴と
する。
【０００７】請求項２に係る振動波検出方法は、請求項
１において、面積を変化させた前記検出器を使用するこ
とにより、前記共振子夫々における電気的出力を調整す
ることを特徴とする。
１において、面積を変化させた前記検出器を使用するこ
とにより、前記共振子夫々における電気的出力を調整す
ることを特徴とする。
【０００８】請求項３に係る振動波検出方法は、請求項
２において、夫々の共振子における電気的出力が等しく
なるように面積が設定された前記検出器を使用すること
を特徴とする。
２において、夫々の共振子における電気的出力が等しく
なるように面積が設定された前記検出器を使用すること
を特徴とする。
【０００９】請求項４に係る振動波検出方法は、請求項
１〜３の何れかにおいて、少なくとも１つの前記検出器
の一部が削除されていることを特徴とする。
１〜３の何れかにおいて、少なくとも１つの前記検出器
の一部が削除されていることを特徴とする。
【００１０】請求項５に係る振動波検出方法は、請求項
１〜４の何れかにおいて、前記検出器を並列接続して並
列回路を構成し、該並列回路の一端に電圧を印加し、該
並列回路の他端から前記検出器の電気的出力の和を取り
出すことを特徴とする。
１〜４の何れかにおいて、前記検出器を並列接続して並
列回路を構成し、該並列回路の一端に電圧を印加し、該
並列回路の他端から前記検出器の電気的出力の和を取り
出すことを特徴とする。
【００１１】請求項６に係る振動波検出方法は、請求項
１〜５の何れかにおいて、前記検出器は、歪み検出素
子，容量性の素子及びピエゾ抵抗素子からなる群から選
ばれた素子であることを特徴とする。
１〜５の何れかにおいて、前記検出器は、歪み検出素
子，容量性の素子及びピエゾ抵抗素子からなる群から選
ばれた素子であることを特徴とする。
【００１２】請求項７に係る振動波検出方法は、請求項
１〜５の何れかにおいて、前記検出器として前記共振子
夫々にピエゾ抵抗を設け、該ピエゾ抵抗の抵抗値を変化
させることにより、前記共振子夫々における電気的出力
を調整することを特徴とする。
１〜５の何れかにおいて、前記検出器として前記共振子
夫々にピエゾ抵抗を設け、該ピエゾ抵抗の抵抗値を変化
させることにより、前記共振子夫々における電気的出力
を調整することを特徴とする。
【００１３】請求項８に係る振動波検出方法は、請求項
１〜５，７の何れかにおいて、前記検出器として前記共
振子夫々にピエゾ抵抗を設け、該ピエゾ抵抗に印加する
電圧を変化させることにより、前記共振子夫々における
電気的出力を調整することを特徴とする。
１〜５，７の何れかにおいて、前記検出器として前記共
振子夫々にピエゾ抵抗を設け、該ピエゾ抵抗に印加する
電圧を変化させることにより、前記共振子夫々における
電気的出力を調整することを特徴とする。
【００１４】請求項９に係る振動波検出方法は、請求項
５または８において、印加する電圧が交流電圧であるこ
とを特徴とする。
５または８において、印加する電圧が交流電圧であるこ
とを特徴とする。
【００１５】請求項１０に係る振動波検出装置は、夫々
が異なる特定の周波数に共振する複数の共振子と、該共
振子夫々に設けられており、前記複数の共振子に伝播さ
れた振動波によるその共振子夫々の前記周波数での共振
に伴う電気的出力を検出する検出器とを備えた振動波検
出装置において、前記検出器は、前記共振子夫々におけ
る電気的出力を調整して検出するように構成してあるこ
とを特徴とする。
が異なる特定の周波数に共振する複数の共振子と、該共
振子夫々に設けられており、前記複数の共振子に伝播さ
れた振動波によるその共振子夫々の前記周波数での共振
に伴う電気的出力を検出する検出器とを備えた振動波検
出装置において、前記検出器は、前記共振子夫々におけ
る電気的出力を調整して検出するように構成してあるこ
とを特徴とする。
【００１６】請求項１１に係る振動波検出装置は、請求
項１０において、前記共振子夫々に設けた各検出器の電
気的出力が実質的に等しいことを特徴とする。
項１０において、前記共振子夫々に設けた各検出器の電
気的出力が実質的に等しいことを特徴とする。
【００１７】請求項１２に係る振動波検出装置は、請求
項１０または１１において、前記共振子夫々に設ける各
検出器の面積が可変であることを特徴とする。
項１０または１１において、前記共振子夫々に設ける各
検出器の面積が可変であることを特徴とする。
【００１８】請求項１３に係る振動波検出装置は、請求
項１０〜１２の何れかにおいて、前記検出器を並列接続
してなる並列回路を構成し、該並列回路に接続された電
圧源と、該並列回路の電気的出力の和を取り出す出力回
路とを備えることを特徴とする。
項１０〜１２の何れかにおいて、前記検出器を並列接続
してなる並列回路を構成し、該並列回路に接続された電
圧源と、該並列回路の電気的出力の和を取り出す出力回
路とを備えることを特徴とする。
【００１９】請求項１４に係る振動波検出装置は、請求
項１０〜１３の何れかにおいて、前記検出器は、歪み検
出素子であることを特徴とする。
項１０〜１３の何れかにおいて、前記検出器は、歪み検
出素子であることを特徴とする。
【００２０】請求項１５に係る振動波検出装置は、請求
項１０〜１３の何れかにおいて、前記検出器は、容量性
の素子であることを特徴とする。
項１０〜１３の何れかにおいて、前記検出器は、容量性
の素子であることを特徴とする。
【００２１】請求項１６に係る振動波検出装置は、請求
項１０〜１３の何れかにおいて、前記検出器は、ピエゾ
抵抗であることを特徴とする。
項１０〜１３の何れかにおいて、前記検出器は、ピエゾ
抵抗であることを特徴とする。
【００２２】請求項１７に係る振動波検出装置は、請求
項１６において、前記ピエゾ抵抗の抵抗値が可変である
ことを特徴とする。
項１６において、前記ピエゾ抵抗の抵抗値が可変である
ことを特徴とする。
【００２３】請求項１８に係る振動波検出装置は、請求
項１７において、前記ピエゾ抵抗の形状が可変であるこ
とを特徴とする。
項１７において、前記ピエゾ抵抗の形状が可変であるこ
とを特徴とする。
【００２４】請求項１９に係る振動波検出装置は、請求
項１７において、前記ピエゾ抵抗にスリットが形成され
ていることを特徴とする。
項１７において、前記ピエゾ抵抗にスリットが形成され
ていることを特徴とする。
【００２５】請求項２０に係る振動波検出装置は、請求
項１６〜１９の何れかにおいて、前記ピエゾ抵抗は、そ
の狭窄部に流れる電流の方向が歪みの方向と実質的に直
交するように設けられていることを特徴とする。
項１６〜１９の何れかにおいて、前記ピエゾ抵抗は、そ
の狭窄部に流れる電流の方向が歪みの方向と実質的に直
交するように設けられていることを特徴とする。
【００２６】請求項２１に係る振動波検出装置は、請求
項１０〜２０の何れかにおいて、前記複数の共振子を複
数の共振子を単位とした各ブロック毎に前記検出器を並
列接続してなる並列回路を構成し、各ブロックでの並列
回路毎に異なる電圧を前記検出器に印加する手段を備え
ることを特徴とする。
項１０〜２０の何れかにおいて、前記複数の共振子を複
数の共振子を単位とした各ブロック毎に前記検出器を並
列接続してなる並列回路を構成し、各ブロックでの並列
回路毎に異なる電圧を前記検出器に印加する手段を備え
ることを特徴とする。
【００２７】請求項２２に係る振動波検出装置は、請求
項２１において、前記各ブロックの電気的出力の和を取
り出す手段を備えることを特徴とする。
項２１において、前記各ブロックの電気的出力の和を取
り出す手段を備えることを特徴とする。
【００２８】請求項２３に係る振動波検出装置は、請求
項１３，２１または２２において、印加する電圧が交流
電圧であることを特徴とする。
項１３，２１または２２において、印加する電圧が交流
電圧であることを特徴とする。
【００２９】請求項２４に係る振動波検出装置は、請求
項１０〜２３の何れかにおいて、同じ特定の周波数に共
振する複数の共振子を複数組備えることを特徴とする。
項１０〜２３の何れかにおいて、同じ特定の周波数に共
振する複数の共振子を複数組備えることを特徴とする。
【００３０】本発明の原理について、以下の本発明の一
例にて、簡単に説明する。本発明では、共振周波数が夫
々に異なる複数の共振子をアレイ化している。入力され
た振動波に対して、各共振子がその各共振子が持つ共振
周波数で選択的に応答して、振動波における各周波数成
分強度を検出する。各共振子にピエゾ抵抗が形成されて
おり、これらのピエゾ抵抗は並列に接続され、各共振子
の振動波形の和が出力されるような構成になっている。
ピエゾ抵抗の形状を変化させてその抵抗値を変化させる
か、または、この並列回路に印加する電圧を調整するこ
とにより、各共振子毎に検出感度が設定され得る。この
ように、後段に増幅器を設けることなく、容易に各共振
子毎の出力を自由に調整できるので、所望の周波数特性
を得ることができ、従来と比べて簡易な構成で検出感度
制御機能を有する振動波センサを実現できる。
例にて、簡単に説明する。本発明では、共振周波数が夫
々に異なる複数の共振子をアレイ化している。入力され
た振動波に対して、各共振子がその各共振子が持つ共振
周波数で選択的に応答して、振動波における各周波数成
分強度を検出する。各共振子にピエゾ抵抗が形成されて
おり、これらのピエゾ抵抗は並列に接続され、各共振子
の振動波形の和が出力されるような構成になっている。
ピエゾ抵抗の形状を変化させてその抵抗値を変化させる
か、または、この並列回路に印加する電圧を調整するこ
とにより、各共振子毎に検出感度が設定され得る。この
ように、後段に増幅器を設けることなく、容易に各共振
子毎の出力を自由に調整できるので、所望の周波数特性
を得ることができ、従来と比べて簡易な構成で検出感度
制御機能を有する振動波センサを実現できる。
【００３１】請求項１，１０では、共振子夫々における
電気的出力を調整でき、検出感度制御機能を持たせるこ
とができる。
電気的出力を調整でき、検出感度制御機能を持たせるこ
とができる。
【００３２】請求項２，１２では、検出器の面積を変化
させて、共振子夫々における電気的出力を調整してお
り、簡単な回路構成で検出感度制御機能を持たせること
ができる。
させて、共振子夫々における電気的出力を調整してお
り、簡単な回路構成で検出感度制御機能を持たせること
ができる。
【００３３】請求項３，１１では、共振子夫々における
電気的出力が等しくなるように、検出器の面積を設定し
ており、共振子夫々における電気的出力を容易に一定に
できる。
電気的出力が等しくなるように、検出器の面積を設定し
ており、共振子夫々における電気的出力を容易に一定に
できる。
【００３４】請求項４では、少なくとも１つの検出器の
一部を削除しており、電気的出力を容易に調整できる。
一部を削除しており、電気的出力を容易に調整できる。
【００３５】請求項５，１３では、各共振子の検出器を
並列接続し、その並列回路の一端に電圧を印加し、その
並列回路の他端から各共振子での電気的出力の和を取り
出すようにしており、結線を簡素化できる。
並列接続し、その並列回路の一端に電圧を印加し、その
並列回路の他端から各共振子での電気的出力の和を取り
出すようにしており、結線を簡素化できる。
【００３６】請求項６，１４〜１６では、歪み検出素
子，容量性の素子またはピエゾ抵抗素子を、検出器とし
て用いており、容易に電気的出力の制御を行える。
子，容量性の素子またはピエゾ抵抗素子を、検出器とし
て用いており、容易に電気的出力の制御を行える。
【００３７】請求項７，１７では、ピエゾ抵抗の抵抗値
を変化させることによって、各共振子における電気的出
力を調整するようにしており、その調整を容易に行え
る。
を変化させることによって、各共振子における電気的出
力を調整するようにしており、その調整を容易に行え
る。
【００３８】請求項８では、各共振子のピエゾ抵抗に印
加する電圧を異ならせることによって、各共振子におけ
る電気的出力を調整するようにしており、その調整を容
易に行える。
加する電圧を異ならせることによって、各共振子におけ
る電気的出力を調整するようにしており、その調整を容
易に行える。
【００３９】請求項９，２３では、印加電圧として交流
電圧を用いるようにしており、共振子の振動の振幅が変
調された信号が得られる。
電圧を用いるようにしており、共振子の振動の振幅が変
調された信号が得られる。
【００４０】請求項１８では、共振子のピエゾ抵抗の形
状を変化させることによって、それらのピエゾ抵抗の抵
抗値を可変とでき、各共振子における電気的出力の調整
を容易に行える。
状を変化させることによって、それらのピエゾ抵抗の抵
抗値を可変とでき、各共振子における電気的出力の調整
を容易に行える。
【００４１】請求項１９では、共振子のピエゾ抵抗にス
リットを形成することによって、それらのピエゾ抵抗の
抵抗値を可変とでき、各共振子における電気的出力の調
整を容易に行える。
リットを形成することによって、それらのピエゾ抵抗の
抵抗値を可変とでき、各共振子における電気的出力の調
整を容易に行える。
【００４２】請求項２０では、ピエゾ抵抗の狭窄部を、
その狭窄部に流れる電流の方向が歪みの方向と実質的に
直交するように設けており、その狭窄部は歪みによって
比抵抗は変化しないので、この狭窄部にて実質的なピエ
ゾ抵抗の長さと幅との両方を変えることができる。
その狭窄部に流れる電流の方向が歪みの方向と実質的に
直交するように設けており、その狭窄部は歪みによって
比抵抗は変化しないので、この狭窄部にて実質的なピエ
ゾ抵抗の長さと幅との両方を変えることができる。
【００４３】請求項２１では、全ての共振子を複数の共
振子毎にブロック化し、各ブロック毎に検出器を並列接
続し、各ブロックでの並列回路毎に異なる電圧を検出器
に印加するようにしており、ブロック毎に電気的出力を
異ならせることができる。なお、ピエゾ抵抗素子，容量
性の素子は電気的にインピーダンスであり、この場合の
検出器としてはより好ましい。
振子毎にブロック化し、各ブロック毎に検出器を並列接
続し、各ブロックでの並列回路毎に異なる電圧を検出器
に印加するようにしており、ブロック毎に電気的出力を
異ならせることができる。なお、ピエゾ抵抗素子，容量
性の素子は電気的にインピーダンスであり、この場合の
検出器としてはより好ましい。
【００４４】請求項２２では、各ブロックでの電気的出
力の和を取り出すようにしており、結線を簡素化でき
る。
力の和を取り出すようにしており、結線を簡素化でき
る。
【００４５】請求項２４では、共振周波数が同じ共振子
を複数個備えることにより、大きな電気的出力を得るこ
とができると共に、検出エラーの発生を防ぐことができ
る。
を複数個備えることにより、大きな電気的出力を得るこ
とができると共に、検出エラーの発生を防ぐことができ
る。
【００４６】
【発明の実施の形態】本発明をその実施の形態を示す図
面を参照して具体的に説明する。なお、検出対象の振動
波を音波とした音響センサを例にして以下に説明する。
面を参照して具体的に説明する。なお、検出対象の振動
波を音波とした音響センサを例にして以下に説明する。
【００４７】（第１実施の形態） 図１は、本発明の振動波検出装置におけるセンサ本体の
一例を示す図である。半導体シリコン基板２０に形成さ
れるセンサ本体１は、入力音波を受けるダイヤフラム２
と、ダイヤフラム２に連なる１本の横断ビーム３と、横
断ビーム３の先端に連なる終止板４と、横断ビーム３に
片持ち支持された複数（ｎ本）の共振ビーム５とから構
成されており、これらのすべての部分が半導体シリコン
で形成されている。
一例を示す図である。半導体シリコン基板２０に形成さ
れるセンサ本体１は、入力音波を受けるダイヤフラム２
と、ダイヤフラム２に連なる１本の横断ビーム３と、横
断ビーム３の先端に連なる終止板４と、横断ビーム３に
片持ち支持された複数（ｎ本）の共振ビーム５とから構
成されており、これらのすべての部分が半導体シリコン
で形成されている。
【００４８】横断ビーム３は、その幅が、ダイヤフラム
２端で最も太く、そこから終止板４側に向かうに従って
除々に細くなり、終止板４端で最も細くなっている。ま
た、各共振ビーム５は特定の周波数に共振するように長
さが調整された共振子となっている。
２端で最も太く、そこから終止板４側に向かうに従って
除々に細くなり、終止板４端で最も細くなっている。ま
た、各共振ビーム５は特定の周波数に共振するように長
さが調整された共振子となっている。
【００４９】これらの複数の共振ビーム５は、下記
（１）式で表される共振周波数ｆにて選択的に応答振動
するようになっている。 ｆ＝（ＣａＹ1/2 ）／（Ｘ2 ｓ1/2 ） …（１） 但し、Ｃ：実験的に決定される定数 ａ：各共振ビーム５の厚さ Ｘ：各共振ビーム５の長さ Ｙ：材料物質（半導体シリコン）のヤング率 ｓ：材料物質（半導体シリコン）の密度
（１）式で表される共振周波数ｆにて選択的に応答振動
するようになっている。 ｆ＝（ＣａＹ1/2 ）／（Ｘ2 ｓ1/2 ） …（１） 但し、Ｃ：実験的に決定される定数 ａ：各共振ビーム５の厚さ Ｘ：各共振ビーム５の長さ Ｙ：材料物質（半導体シリコン）のヤング率 ｓ：材料物質（半導体シリコン）の密度
【００５０】上記（１）式から分かるように、共振ビー
ム５の厚さａまたは長さＸを変えることにより、その共
振周波数ｆを所望の値に設定することができ、各共振ビ
ーム５が固有の共振周波数を持つようにしている。本例
では、すべての共振ビーム５の厚さａは一定とし、その
長さＸを右側（ダイヤフラム２側）から左側（終止板４
側）に向かうにつれて順次長くなるようにしており、右
側（ダイヤフラム２側）から左側（終止板４側）に向か
うにつれて各共振ビーム５が固有に振動する共振周波数
を高周波数から低周波数に設定している。
ム５の厚さａまたは長さＸを変えることにより、その共
振周波数ｆを所望の値に設定することができ、各共振ビ
ーム５が固有の共振周波数を持つようにしている。本例
では、すべての共振ビーム５の厚さａは一定とし、その
長さＸを右側（ダイヤフラム２側）から左側（終止板４
側）に向かうにつれて順次長くなるようにしており、右
側（ダイヤフラム２側）から左側（終止板４側）に向か
うにつれて各共振ビーム５が固有に振動する共振周波数
を高周波数から低周波数に設定している。
【００５１】ｎ本の共振ビーム５を含むこのようなセン
サ本体１の具体的な仕様の一例を下記表１に示す。な
お、ダイヤフラム２，横断ビーム３及び終止板４の厚さ
は、共振ビーム５の厚さ（ａ）と同じである。
サ本体１の具体的な仕様の一例を下記表１に示す。な
お、ダイヤフラム２，横断ビーム３及び終止板４の厚さ
は、共振ビーム５の厚さ（ａ）と同じである。
【００５２】
【表１】
【００５３】なお、以上のような構成をなすセンサ本体
１は、マイクロマシン加工技術を用いて半導体シリコン
基板２０上に作製される。そして、このような構成にお
いて、板状のダイヤフラム２に音波が入力されると、そ
のダイヤフラム２が振動し、音波を示すその振動波は横
断ビーム３に伝搬し、これに片持ち支持された共振ビー
ム５をそれぞれの特定の周波数にて順次共振させながら
終止板４まで伝播する。
１は、マイクロマシン加工技術を用いて半導体シリコン
基板２０上に作製される。そして、このような構成にお
いて、板状のダイヤフラム２に音波が入力されると、そ
のダイヤフラム２が振動し、音波を示すその振動波は横
断ビーム３に伝搬し、これに片持ち支持された共振ビー
ム５をそれぞれの特定の周波数にて順次共振させながら
終止板４まで伝播する。
【００５４】図２は、このようなセンサ本体１を使用す
る本発明の振動波検出装置の回路図である。センサ本体
１の各共振ビーム５の歪み発生部分（横断ビーム３側）
に、ポリシリコンからなるピエゾ抵抗６が形成されてい
る。これらの複数のピエゾ抵抗６は並列接続されてお
り、その並列回路の一端は直流電源７（電圧Ｖ0 ）に接
続され、その他端は演算増幅器８の−入力端子に接続さ
れている。演算増幅器８の＋入力端子は接地されてい
る。
る本発明の振動波検出装置の回路図である。センサ本体
１の各共振ビーム５の歪み発生部分（横断ビーム３側）
に、ポリシリコンからなるピエゾ抵抗６が形成されてい
る。これらの複数のピエゾ抵抗６は並列接続されてお
り、その並列回路の一端は直流電源７（電圧Ｖ0 ）に接
続され、その他端は演算増幅器８の−入力端子に接続さ
れている。演算増幅器８の＋入力端子は接地されてい
る。
【００５５】直流電源７にてバイアス電圧Ｖ0 がすべて
の共振ビーム５に共通に印加される。特定の共振ビーム
５が共振すると、その歪みによって対応するピエゾ抵抗
６の抵抗値が変化し、それらの変化の和が演算増幅器８
の出力として得られるようになっている。
の共振ビーム５に共通に印加される。特定の共振ビーム
５が共振すると、その歪みによって対応するピエゾ抵抗
６の抵抗値が変化し、それらの変化の和が演算増幅器８
の出力として得られるようになっている。
【００５６】（第２実施の形態）図３は、本発明の振動
波検出装置におけるセンサ本体１の他の例を示す図であ
る。第２実施の形態では、第１実施の形態のように特定
の周波数に共振するように長さが調整された複数の共振
ビーム５を横断ビーム３の片側にのみ設けるのではな
く、横断ビーム３の両側に同一の共振周波数を持つ１対
ずつｎ組の共振ビーム５を設けている。つまり、横断ビ
ーム３の長手方向の同じ位置に連なる一対の共振ビーム
５，５は、同じ長さであって同一の共振周波数を有す
る。他のダイヤフラム２，横断ビーム３及び終止板４の
構成は、第１実施の形態と同じである。
波検出装置におけるセンサ本体１の他の例を示す図であ
る。第２実施の形態では、第１実施の形態のように特定
の周波数に共振するように長さが調整された複数の共振
ビーム５を横断ビーム３の片側にのみ設けるのではな
く、横断ビーム３の両側に同一の共振周波数を持つ１対
ずつｎ組の共振ビーム５を設けている。つまり、横断ビ
ーム３の長手方向の同じ位置に連なる一対の共振ビーム
５，５は、同じ長さであって同一の共振周波数を有す
る。他のダイヤフラム２，横断ビーム３及び終止板４の
構成は、第１実施の形態と同じである。
【００５７】また、この第２実施の形態は、共振ビーム
５の本数が２倍（２ｎ本、例えば２９×２＝５８本）で
ある点を除いて、具体的な仕様も第１実施の形態（表
１）と同様である。即ち、第１実施の形態と同様に、す
べての共振ビーム５の厚さａは一定とし、その長さＸを
右側（ダイヤフラム２側）から左側（終止板４側）に向
かうにつれて順次長くなるようにしており、ダイヤフラ
ム２側が共振周波数の高周波数側となっている。
５の本数が２倍（２ｎ本、例えば２９×２＝５８本）で
ある点を除いて、具体的な仕様も第１実施の形態（表
１）と同様である。即ち、第１実施の形態と同様に、す
べての共振ビーム５の厚さａは一定とし、その長さＸを
右側（ダイヤフラム２側）から左側（終止板４側）に向
かうにつれて順次長くなるようにしており、ダイヤフラ
ム２側が共振周波数の高周波数側となっている。
【００５８】図４は、このようなセンサ本体１を使用す
る本発明の振動波検出装置の回路図である。図４におい
て、図２と同一部分には同一番号を付している。この例
では、同じ共振周波数を有する共振ビーム５，５を一対
ずつ備えた構造（フィッシュボーン構造）であるので、
ピエゾ抵抗６を接続させた並列回路が２組存在し、夫々
の並列回路に直流バイアス電圧Ｖ0 ，−Ｖ0 を印加する
直流電源７，９と、夫々の並列回路の出力信号を取り出
す演算増幅器８，１０とを備え、両並列回路の出力信号
を加算することにより、２倍の出力を得るようにしてい
る。また、１本の共振ビーム５に何等かの異常が発生し
て、その電気的出力信号が得られないような場合に、図
２に示す構造では、検出エラーとなるが、このような場
合にも、図４に示す構造では、異常の共振ビーム５と対
をなす他の共振ビーム５にて対応する周波数性成分の出
力信号を得ることが可能であり、検出エラーが発生しな
い。
る本発明の振動波検出装置の回路図である。図４におい
て、図２と同一部分には同一番号を付している。この例
では、同じ共振周波数を有する共振ビーム５，５を一対
ずつ備えた構造（フィッシュボーン構造）であるので、
ピエゾ抵抗６を接続させた並列回路が２組存在し、夫々
の並列回路に直流バイアス電圧Ｖ0 ，−Ｖ0 を印加する
直流電源７，９と、夫々の並列回路の出力信号を取り出
す演算増幅器８，１０とを備え、両並列回路の出力信号
を加算することにより、２倍の出力を得るようにしてい
る。また、１本の共振ビーム５に何等かの異常が発生し
て、その電気的出力信号が得られないような場合に、図
２に示す構造では、検出エラーとなるが、このような場
合にも、図４に示す構造では、異常の共振ビーム５と対
をなす他の共振ビーム５にて対応する周波数性成分の出
力信号を得ることが可能であり、検出エラーが発生しな
い。
【００５９】ところで、機械的な振動を電気的な信号に
変換する方法として、ピエゾ抵抗６を用いているのは、
製造が簡易である、変換特性が直線的である、変換効率
が高い等の理由による。
変換する方法として、ピエゾ抵抗６を用いているのは、
製造が簡易である、変換特性が直線的である、変換効率
が高い等の理由による。
【００６０】次に、動作について説明する。図１または
図３のセンサ本体１のダイヤフラム２に音波が入力され
るとその板状のダイヤフラム２が振動し、音波を示すそ
の振動波のエネルギは横断ビーム３を介して個々の共振
ビーム５に伝播され、高周波側から低周波側にかけて順
次吸収される。
図３のセンサ本体１のダイヤフラム２に音波が入力され
るとその板状のダイヤフラム２が振動し、音波を示すそ
の振動波のエネルギは横断ビーム３を介して個々の共振
ビーム５に伝播され、高周波側から低周波側にかけて順
次吸収される。
【００６１】図５は、０．１Ｐａの音波をダイヤフラム
２に入力した場合における各共振ビーム５の先端での振
幅をＦＥＭ分析でシミュレーションした結果を示すグラ
フである。グラフにおける共振ビーム５の番号は、ダイ
ヤフラム２側から採番したものである。このように、本
発明のセンサ本体１は優れた周波数選択性を有すること
を確認できた。
２に入力した場合における各共振ビーム５の先端での振
幅をＦＥＭ分析でシミュレーションした結果を示すグラ
フである。グラフにおける共振ビーム５の番号は、ダイ
ヤフラム２側から採番したものである。このように、本
発明のセンサ本体１は優れた周波数選択性を有すること
を確認できた。
【００６２】このような各共振ビーム５に共振が発生す
ると、その歪みによって各共振ビーム５に形成されたピ
エゾ抵抗６の抵抗値が変化する。並列接続した各ピエゾ
抵抗６に一定のバイアス電圧Ｖ0 が印加され、各共振ビ
ーム５の歪みによって引き起こされるピエゾ抵抗６の抵
抗値の変化が１本の信号線に電流として加算される。
ると、その歪みによって各共振ビーム５に形成されたピ
エゾ抵抗６の抵抗値が変化する。並列接続した各ピエゾ
抵抗６に一定のバイアス電圧Ｖ0 が印加され、各共振ビ
ーム５の歪みによって引き起こされるピエゾ抵抗６の抵
抗値の変化が１本の信号線に電流として加算される。
【００６３】図４において、演算増幅器８の仮想グラン
ドを流れる電流Ｉは、（２）式で示される。
ドを流れる電流Ｉは、（２）式で示される。
【００６４】
【数１】
【００６５】 但し、Ｒi ：ｉ番目の共振ビーム５上の抵抗の定数項 δＲi ：ｉ番目の共振ビーム５での機械的振動により引き起こされ る振動項
【００６６】また、演算増幅器８の出力電圧Ｖ+ は、
（３）式で示される。（３）式において、第２項は振動
によって起こる変動電圧を示す。
（３）式で示される。（３）式において、第２項は振動
によって起こる変動電圧を示す。
【００６７】
【数２】
【００６８】但し、Ｒf ：フィードバック抵抗
【００６９】ピエゾ抵抗６の歪みがすべての共振ビーム
５で一定であってその値をεi とすると、振動によって
引き起こされる抵抗の変化割合は（４）式で示され、出
力電圧に対する貢献比は（５）式で示される。よって、
（３）式の第２項で表される振動によって起こる変動電
圧ｖ+ は（６）式のようになる。
５で一定であってその値をεi とすると、振動によって
引き起こされる抵抗の変化割合は（４）式で示され、出
力電圧に対する貢献比は（５）式で示される。よって、
（３）式の第２項で表される振動によって起こる変動電
圧ｖ+ は（６）式のようになる。
【００７０】
【数３】
【００７１】 但し、ρ：抵抗率 πＥ：ゲージ係数 Ｌi ，Ｗi ，ｈ：ｉ番目の共振ビーム５におけるピエゾ抵抗６の長 さ，幅，厚さ（厚さｈは一定）
【００７２】従って、貢献比及び変動電圧は、各共振ビ
ーム５におけるピエゾ抵抗６の形状（Ｗi ／Ｌi ）によ
って独立的に制御され得ると共に、また、バイアス電圧
Ｖ0によりすべての共振ビーム５に対して一定に制御さ
れ得ることが、（５）式及び（６）式から分かる。
ーム５におけるピエゾ抵抗６の形状（Ｗi ／Ｌi ）によ
って独立的に制御され得ると共に、また、バイアス電圧
Ｖ0によりすべての共振ビーム５に対して一定に制御さ
れ得ることが、（５）式及び（６）式から分かる。
【００７３】このように変動電圧の出力がピエゾ抵抗６
の形状に依存するので、共振ビーム５に形成するピエゾ
抵抗６の形状を変化させる、言い換えると、ピエゾ抵抗
６の抵抗値を変化させることにより、各共振ビーム５毎
にその出力が調整され得る。
の形状に依存するので、共振ビーム５に形成するピエゾ
抵抗６の形状を変化させる、言い換えると、ピエゾ抵抗
６の抵抗値を変化させることにより、各共振ビーム５毎
にその出力が調整され得る。
【００７４】図４の構成において、Ｖ0 ＝５Ｖ，Ｒi ＝
４ｋΩ，ρ＝８．０×１０-5Ωｍ，Ｌi ＝２００μｍ，
Ｗi ＝２０μｍ，Ｒf ＝１ＭΩ，πＥ＝100 の条件でシ
ミュレーションを行い、εi の電圧振幅をＦＥＭ分析で
計算した。この際、すべての共振ビーム５に形成するピ
エゾ抵抗６の形状を全く同じとした。その結果を実線で
図６に示す。周波数応答が平坦でないことが分かる。
４ｋΩ，ρ＝８．０×１０-5Ωｍ，Ｌi ＝２００μｍ，
Ｗi ＝２０μｍ，Ｒf ＝１ＭΩ，πＥ＝100 の条件でシ
ミュレーションを行い、εi の電圧振幅をＦＥＭ分析で
計算した。この際、すべての共振ビーム５に形成するピ
エゾ抵抗６の形状を全く同じとした。その結果を実線で
図６に示す。周波数応答が平坦でないことが分かる。
【００７５】そこで、平坦な周波数応答が得られるよう
に、各共振ビーム５に形成するピエゾ抵抗６の形状（Ｗ
i ／Ｌi ）を変化させて、各共振ビーム５の出力を調整
した後、同様の条件でシミュレーションを行い、εi の
電圧振幅をＦＥＭ分析で計算した。その結果を破線で図
６に示す。平坦な周波数応答が得られていることが分か
る。このように、ピエゾ抵抗６の形状（Ｗi ／Ｌi ）を
変化させることにより、容易に各共振ビーム５の出力を
制御できる。
に、各共振ビーム５に形成するピエゾ抵抗６の形状（Ｗ
i ／Ｌi ）を変化させて、各共振ビーム５の出力を調整
した後、同様の条件でシミュレーションを行い、εi の
電圧振幅をＦＥＭ分析で計算した。その結果を破線で図
６に示す。平坦な周波数応答が得られていることが分か
る。このように、ピエゾ抵抗６の形状（Ｗi ／Ｌi ）を
変化させることにより、容易に各共振ビーム５の出力を
制御できる。
【００７６】以下、ピエゾ抵抗６の抵抗値を変えるいく
つかの具体例について説明する。図７は抵抗値変更の一
例を示す図であり、共振ビーム５に形成されている幅Ｗ
i ＝１０μｍ，長さＬi ＝１００μｍのピエゾ抵抗６
（図７（ａ））を、幅Ｗi ＝２０μｍ，長さＬi ＝１０
０μｍのピエゾ抵抗６（図７（ｂ））に変更する。この
ように矩形状のピエゾ抵抗６の幅Ｗi を変えることによ
り、４ｋΩの抵抗値を２ｋΩに変えることができる。
つかの具体例について説明する。図７は抵抗値変更の一
例を示す図であり、共振ビーム５に形成されている幅Ｗ
i ＝１０μｍ，長さＬi ＝１００μｍのピエゾ抵抗６
（図７（ａ））を、幅Ｗi ＝２０μｍ，長さＬi ＝１０
０μｍのピエゾ抵抗６（図７（ｂ））に変更する。この
ように矩形状のピエゾ抵抗６の幅Ｗi を変えることによ
り、４ｋΩの抵抗値を２ｋΩに変えることができる。
【００７７】図８は抵抗値変更の他の例を示す図であ
る。共振ビーム５に形成されている矩形状のピエゾ抵抗
６（図８（ａ））の一部に、例えばレーザトリミングに
てスリット２１を歪みの方向と直交するように形成する
（図８（ｂ））。スリット２１を入れる前の等価回路を
図８（ｃ）に、スリット２１を入れた後の等価回路を図
８（ｄ）に示す。スリット２１によって形成された狭窄
部分の抵抗Ｒ′が抵抗Ｒ＋δＲに直列に接続されたよう
になって、全体の抵抗値が変化する。スリット２１の長
さによってＲ′の値を調整でき、スリット幅は小さくＲ
＋δＲの値はスリット２１の形成には無関係で一定であ
ると見なせるので、このＲ′の値、つまりスリット２１
の入れ方によって、共振ビーム５での出力を制御するこ
とができる。
る。共振ビーム５に形成されている矩形状のピエゾ抵抗
６（図８（ａ））の一部に、例えばレーザトリミングに
てスリット２１を歪みの方向と直交するように形成する
（図８（ｂ））。スリット２１を入れる前の等価回路を
図８（ｃ）に、スリット２１を入れた後の等価回路を図
８（ｄ）に示す。スリット２１によって形成された狭窄
部分の抵抗Ｒ′が抵抗Ｒ＋δＲに直列に接続されたよう
になって、全体の抵抗値が変化する。スリット２１の長
さによってＲ′の値を調整でき、スリット幅は小さくＲ
＋δＲの値はスリット２１の形成には無関係で一定であ
ると見なせるので、このＲ′の値、つまりスリット２１
の入れ方によって、共振ビーム５での出力を制御するこ
とができる。
【００７８】図９は抵抗値変更の更に他の例を示す図で
ある。上述の例とは異なり、２本のスリット２１，２１
を形成して、狭窄部に流れる電流の方向が歪みの方向に
直交となるようにする。この場合、歪み方向と直交する
方向に電流が流れる狭窄部においては歪みによって比抵
抗は変化しない。本例では、追加抵抗分となるこの狭窄
部では、スリット２１，２１の入れ方により長さと幅と
の両方を変えることができ、上述の例と比べて、Ｒ′の
値の調整の自由度が大きくなる。上述の例では、狭窄部
の幅のみがＲ′の値のパラメータであって、その値を大
きくするためには幅を極めて細くする必要があって加工
上の制約が大きい。これに対して、本例では、狭窄部の
長さ及び幅がＲ′の値のパラメータであるので、共振ビ
ーム５での出力の制御範囲を広くすることが可能であ
る。
ある。上述の例とは異なり、２本のスリット２１，２１
を形成して、狭窄部に流れる電流の方向が歪みの方向に
直交となるようにする。この場合、歪み方向と直交する
方向に電流が流れる狭窄部においては歪みによって比抵
抗は変化しない。本例では、追加抵抗分となるこの狭窄
部では、スリット２１，２１の入れ方により長さと幅と
の両方を変えることができ、上述の例と比べて、Ｒ′の
値の調整の自由度が大きくなる。上述の例では、狭窄部
の幅のみがＲ′の値のパラメータであって、その値を大
きくするためには幅を極めて細くする必要があって加工
上の制約が大きい。これに対して、本例では、狭窄部の
長さ及び幅がＲ′の値のパラメータであるので、共振ビ
ーム５での出力の制御範囲を広くすることが可能であ
る。
【００７９】なお、図８，９に示すようなスリット２１
は、センサの製造工程時においてフォトリソグラフィ技
術を用いて形成しても良いし、または、センサの製造工
程後にレーザトリミング或いは集束イオンビーム照射に
より形成しても良い。何れの場合も、製造されたセンサ
に対してレーザトリミングまたは集束イオンビーム照射
により出力調整を行うことが可能である。
は、センサの製造工程時においてフォトリソグラフィ技
術を用いて形成しても良いし、または、センサの製造工
程後にレーザトリミング或いは集束イオンビーム照射に
より形成しても良い。何れの場合も、製造されたセンサ
に対してレーザトリミングまたは集束イオンビーム照射
により出力調整を行うことが可能である。
【００８０】前述したように、（５）式及び（６）式か
ら、貢献比及び変動電圧を、各共振ビーム５のピエゾ抵
抗６に印加するバイアス電圧Ｖ0 によって制御できる。
このように変動電圧の出力がピエゾ抵抗６へのバイアス
電圧Ｖ0 に依存するので、このバイアス電圧Ｖ0 を変化
させることにより、各共振ビーム５毎にその出力を調整
することができる。
ら、貢献比及び変動電圧を、各共振ビーム５のピエゾ抵
抗６に印加するバイアス電圧Ｖ0 によって制御できる。
このように変動電圧の出力がピエゾ抵抗６へのバイアス
電圧Ｖ0 に依存するので、このバイアス電圧Ｖ0 を変化
させることにより、各共振ビーム５毎にその出力を調整
することができる。
【００８１】図１０は、各共振ビーム５のピエゾ抵抗６
へのバイアス電圧を変化させる本発明の振動波検出装置
の一例の回路図である。図１０において、図４と同一部
分には同一番号を付している。この例は、各共振ビーム
５の各ピエゾ抵抗６の一端を独立な電源に接続させ、各
ピエゾ抵抗６へ異なる大きさのバイアス電圧を印加する
ようにしている。
へのバイアス電圧を変化させる本発明の振動波検出装置
の一例の回路図である。図１０において、図４と同一部
分には同一番号を付している。この例は、各共振ビーム
５の各ピエゾ抵抗６の一端を独立な電源に接続させ、各
ピエゾ抵抗６へ異なる大きさのバイアス電圧を印加する
ようにしている。
【００８２】具体的には、図１０に示す例では、３個の
各共振ビーム５Ａ，５Ｂ，５Ｃに形成した各ピエゾ抵抗
６Ａ，６Ｂ，６Ｃの各一端は夫々独立な直流電源７Ａ，
７Ｂ，７Ｃ（９Ａ，９Ｂ，９Ｃ）に接続されており、各
他端は共通化して出力端子とし、各ピエゾ抵抗６Ａ，６
Ｂ，６Ｃ毎に異なるバイアス電圧ＶA （−ＶA ），ＶB
（−ＶB ），ＶC （−ＶC ）が印加されるようになって
いる。なお、各ピエゾ抵抗６Ａ，６Ｂ，６Ｃに印加する
バイアス電圧の大きさは、各共振ビーム５Ａ，５Ｂ，５
Ｃ毎で設定したい出力に応じて決められる。
各共振ビーム５Ａ，５Ｂ，５Ｃに形成した各ピエゾ抵抗
６Ａ，６Ｂ，６Ｃの各一端は夫々独立な直流電源７Ａ，
７Ｂ，７Ｃ（９Ａ，９Ｂ，９Ｃ）に接続されており、各
他端は共通化して出力端子とし、各ピエゾ抵抗６Ａ，６
Ｂ，６Ｃ毎に異なるバイアス電圧ＶA （−ＶA ），ＶB
（−ＶB ），ＶC （−ＶC ）が印加されるようになって
いる。なお、各ピエゾ抵抗６Ａ，６Ｂ，６Ｃに印加する
バイアス電圧の大きさは、各共振ビーム５Ａ，５Ｂ，５
Ｃ毎で設定したい出力に応じて決められる。
【００８３】このように各共振ビーム５の各ピエゾ抵抗
６へのバイアス電圧の大きさを変化させ得るようにした
ので、各共振ビーム５の共振周波数毎に出力は自由に設
定され得る。
６へのバイアス電圧の大きさを変化させ得るようにした
ので、各共振ビーム５の共振周波数毎に出力は自由に設
定され得る。
【００８４】図１１は、各共振ビーム５のピエゾ抵抗６
へのバイアス電圧を変化させる振動波検出装置の他の例
の回路図である。図１１において、図４と同一部分には
同一番号を付している。この例は、すべての共振ビーム
５を、同じ出力に設定したい所定の周波数帯域毎に複数
のブロックに分け、各々のブロックにおける各共振ビー
ム５のピエゾ抵抗６を並列接続し、各並列回路の一端を
設定したい出力に応じた独立な電源に接続させ、同一の
ブロック内のピエゾ抵抗６には同じ大きさのバイアス電
圧を印加するようにしている。
へのバイアス電圧を変化させる振動波検出装置の他の例
の回路図である。図１１において、図４と同一部分には
同一番号を付している。この例は、すべての共振ビーム
５を、同じ出力に設定したい所定の周波数帯域毎に複数
のブロックに分け、各々のブロックにおける各共振ビー
ム５のピエゾ抵抗６を並列接続し、各並列回路の一端を
設定したい出力に応じた独立な電源に接続させ、同一の
ブロック内のピエゾ抵抗６には同じ大きさのバイアス電
圧を印加するようにしている。
【００８５】具体的に、図１１に示す例では、４つの共
振ビーム５を、共振周波数が高い側の２つの共振ビーム
５ａ及び５ｂと、共振周波数が低い側の２つの共振ビー
ム５ｃ及び５ｄとにブロック分けする。そして、２つの
各々のブロックにおいて、ピエゾ抵抗６ａと６ｂとを接
続すると共に、ピエゾ抵抗６ｃと６ｄとを接続する。各
並列回路の一端は、夫々独立な直流電源７ａ，７ｃ（９
ａ，９ｃ）に接続されており、各他端は共通化して出力
端子とされている。高周波数側のピエゾ抵抗６ａ及び６
ｂには直流電源７ａ（９ａ）からバイアス電圧Ｖa （−
Ｖa ）が印加され、低周波数側のピエゾ抵抗６ｃ及び６
ｄには直流電源７ｃ（９ｃ）からバイアス電圧Ｖc （−
Ｖc ）が印加される。なお、各並列回路に印加するバイ
アス電圧Ｖa （−Ｖa ），Ｖc （−Ｖc ）の大きさは、
各ブロック毎（各周波数帯域毎）で設定したい出力に応
じて決められる。
振ビーム５を、共振周波数が高い側の２つの共振ビーム
５ａ及び５ｂと、共振周波数が低い側の２つの共振ビー
ム５ｃ及び５ｄとにブロック分けする。そして、２つの
各々のブロックにおいて、ピエゾ抵抗６ａと６ｂとを接
続すると共に、ピエゾ抵抗６ｃと６ｄとを接続する。各
並列回路の一端は、夫々独立な直流電源７ａ，７ｃ（９
ａ，９ｃ）に接続されており、各他端は共通化して出力
端子とされている。高周波数側のピエゾ抵抗６ａ及び６
ｂには直流電源７ａ（９ａ）からバイアス電圧Ｖa （−
Ｖa ）が印加され、低周波数側のピエゾ抵抗６ｃ及び６
ｄには直流電源７ｃ（９ｃ）からバイアス電圧Ｖc （−
Ｖc ）が印加される。なお、各並列回路に印加するバイ
アス電圧Ｖa （−Ｖa ），Ｖc （−Ｖc ）の大きさは、
各ブロック毎（各周波数帯域毎）で設定したい出力に応
じて決められる。
【００８６】このように各周波数帯域毎に共振ビーム５
のピエゾ抵抗６へのバイアス電圧を変化させ得るように
したので、共振ビーム５の出力を各周波数帯域毎に自由
に設定できる。
のピエゾ抵抗６へのバイアス電圧を変化させ得るように
したので、共振ビーム５の出力を各周波数帯域毎に自由
に設定できる。
【００８７】このような場合のシミュレーション結果に
ついて、以下に述べる。２９本２組の共振ビーム５を横
断ビーム３の両側に設けたセンサ本体１にあって、両端
の２本２組ずつを除いた２５本２組の共振ビーム５を、
所定の周波数帯域毎に８個のブロックに分け、図１２に
示すように、低周波数側の４つのブロック（２７番目か
ら１６番目の共振ビーム５：１６番目の共振ビーム５の
共振周波数は３４００Ｈｚ）には５Ｖのバイアス電圧を
印加し、高周波数側の４つのブロック（３番目から１５
番目の共振ビーム５）には０Ｖのバイアス電圧を印加す
る。
ついて、以下に述べる。２９本２組の共振ビーム５を横
断ビーム３の両側に設けたセンサ本体１にあって、両端
の２本２組ずつを除いた２５本２組の共振ビーム５を、
所定の周波数帯域毎に８個のブロックに分け、図１２に
示すように、低周波数側の４つのブロック（２７番目か
ら１６番目の共振ビーム５：１６番目の共振ビーム５の
共振周波数は３４００Ｈｚ）には５Ｖのバイアス電圧を
印加し、高周波数側の４つのブロック（３番目から１５
番目の共振ビーム５）には０Ｖのバイアス電圧を印加す
る。
【００８８】このような状態における周波数と変動電圧
の振幅とのシミュレーション結果を図１３に示す。３４
００Ｈｚを境にして、変動電圧の大きさが低くなってお
り、ＬＰＦ（Low-Pass Filter)としての周波数応答を実
現できていることを確認できた。
の振幅とのシミュレーション結果を図１３に示す。３４
００Ｈｚを境にして、変動電圧の大きさが低くなってお
り、ＬＰＦ（Low-Pass Filter)としての周波数応答を実
現できていることを確認できた。
【００８９】なお、第１，第２実施の形態の振動センサ
に、時間的に変化するバイアス電圧を印加することも可
能である。例えば、好ましい具体例として、交流電圧が
バイアス電圧として用いられた場合、振動の振幅が変調
された信号を得ることができる。
に、時間的に変化するバイアス電圧を印加することも可
能である。例えば、好ましい具体例として、交流電圧が
バイアス電圧として用いられた場合、振動の振幅が変調
された信号を得ることができる。
【００９０】以上の第１，第２実施の形態では、各共振
ビームの共振に伴う歪みをピエゾ素子（ピエゾ抵抗）に
よって検出する場合について説明した。以下の実施の形
態では、この歪みを容量性の素子によって検出する静電
容量方式の場合について説明する。
ビームの共振に伴う歪みをピエゾ素子（ピエゾ抵抗）に
よって検出する場合について説明した。以下の実施の形
態では、この歪みを容量性の素子によって検出する静電
容量方式の場合について説明する。
【００９１】（第３実施の形態） 図１４は、本発明の振動波検出装置の第３実施の形態を
示す図である。図１４に示すセンサ本体１の構成は、第
１実施の形態と同様であり、同一部分には同一番号を付
してそれらの説明は省略する。
示す図である。図１４に示すセンサ本体１の構成は、第
１実施の形態と同様であり、同一部分には同一番号を付
してそれらの説明は省略する。
【００９２】各共振ビーム５の先端部に対向する位置の
半導体シリコン基板２０に夫々電極１１が形成されてお
り、各共振ビーム５の先端部とこれに対向する各電極１
１とにてキャパシタが構成されている。共振ビーム５の
先端部は振動に伴って位置が上下する可動電極であり、
一方、半導体シリコン基板２０に形成された電極１１は
その位置が移動しない固定電極となっている。そして、
共振ビーム５が特定の周波数にて振動すると、その対向
電極間の距離が変動するので、キャパシタの容量が変化
するようになっている。
半導体シリコン基板２０に夫々電極１１が形成されてお
り、各共振ビーム５の先端部とこれに対向する各電極１
１とにてキャパシタが構成されている。共振ビーム５の
先端部は振動に伴って位置が上下する可動電極であり、
一方、半導体シリコン基板２０に形成された電極１１は
その位置が移動しない固定電極となっている。そして、
共振ビーム５が特定の周波数にて振動すると、その対向
電極間の距離が変動するので、キャパシタの容量が変化
するようになっている。
【００９３】図１５は、この第３実施の形態における回
路図である。複数の電極１１は並列接続されており、そ
の並列回路の一端は直流電源１２（電圧Ｖ0 ）に接続さ
れている。横断ビーム３は演算増幅器１３の−入力端子
に接続されている。演算増幅器１３の＋入力端子は接地
されている。直流電源１２にて電圧Ｖ0 がすべての電極
１１に共通に印加される。特定の共振ビーム５が共振す
ると、その歪みによって共振ビーム５の先端部と電極１
１との間の距離が変化してその間のキャパシタの容量が
変化し、それらの変化の和が演算増幅器１３の出力（電
圧Ｖout ）として得られるようになっている。
路図である。複数の電極１１は並列接続されており、そ
の並列回路の一端は直流電源１２（電圧Ｖ0 ）に接続さ
れている。横断ビーム３は演算増幅器１３の−入力端子
に接続されている。演算増幅器１３の＋入力端子は接地
されている。直流電源１２にて電圧Ｖ0 がすべての電極
１１に共通に印加される。特定の共振ビーム５が共振す
ると、その歪みによって共振ビーム５の先端部と電極１
１との間の距離が変化してその間のキャパシタの容量が
変化し、それらの変化の和が演算増幅器１３の出力（電
圧Ｖout ）として得られるようになっている。
【００９４】図１５おいて、演算増幅器１３の仮想グラ
ンドに流れ込む電流Ｉ′は、（７）式で示される。
ンドに流れ込む電流Ｉ′は、（７）式で示される。
【００９５】
【数４】
【００９６】 但し、ｄi ：ｉ番目の共振ビーム５とこれに対応する電極１１との間の距 離 δｄi ：振動に伴う上記距離ｄi の微小変化 Ｃi ：ｉ番目の共振ビーム５とこれに対応する電極１１との間の静 止時の容量 δＣi ：振動に伴う上記容量Ｃi の微小変化 Ｃ：センサ本体１全体と電極１１との間の容量 δＣ：振動に伴う上記容量Ｃの微小変化（具体的には（８）式）
【００９７】
【数５】
【００９８】帰還が容量である場合には、演算増幅器１
３の出力電圧Ｖout は、（９）式で示され、各共振ビー
ム５の歪みを電圧として取り出すことができる。
３の出力電圧Ｖout は、（９）式で示され、各共振ビー
ム５の歪みを電圧として取り出すことができる。
【００９９】
【数６】 但し、Ｃf ：フィードバック容量
【０１００】別の表現をすると、上記（９）式のよう
に、各共振ビーム５での共振が変位の和として出力され
るとも言うことができる。一方、ここでは詳しく触れな
いが、帰還が抵抗である場合には、各共振ビーム５での
共振が速度の和として出力される。
に、各共振ビーム５での共振が変位の和として出力され
るとも言うことができる。一方、ここでは詳しく触れな
いが、帰還が抵抗である場合には、各共振ビーム５での
共振が速度の和として出力される。
【０１０１】上記（９）式から、各共振ビーム５（各周
波数帯域）毎に出力を調整するためには、容量Ｃi ，距
離ｄi ，距離の微小変化δｄi の何れかを変化させれば
良いことが分かる。以下、夫々のパラメータを変化させ
て、各共振ビーム５の出力を調整する例について説明す
る。
波数帯域）毎に出力を調整するためには、容量Ｃi ，距
離ｄi ，距離の微小変化δｄi の何れかを変化させれば
良いことが分かる。以下、夫々のパラメータを変化させ
て、各共振ビーム５の出力を調整する例について説明す
る。
【０１０２】図１６は、容量Ｃi を変化させた場合の例
を示す平面図であり、３本の共振ビーム５Ａ，５Ｂ，５
Ｃの中で長さが最も長い共振ビーム５Ｃに対応する電極
１１Ｃの面積を、他の２本の共振ビーム５Ａ，５Ｂに対
応する電極１１Ａ，１１Ｂの面積よりも小さくする。こ
のようにした場合における、共振周波数と出力電圧Ｖ
out との関係を図１７に示す。低周波数領域における出
力を他の周波数領域における出力より選択的に低くする
ことができる。
を示す平面図であり、３本の共振ビーム５Ａ，５Ｂ，５
Ｃの中で長さが最も長い共振ビーム５Ｃに対応する電極
１１Ｃの面積を、他の２本の共振ビーム５Ａ，５Ｂに対
応する電極１１Ａ，１１Ｂの面積よりも小さくする。こ
のようにした場合における、共振周波数と出力電圧Ｖ
out との関係を図１７に示す。低周波数領域における出
力を他の周波数領域における出力より選択的に低くする
ことができる。
【０１０３】また、図１８（ａ）は、距離ｄi を変化さ
せた場合の例を示す平面図、図１８（ｂ）は図１８
（ａ）のＸ−Ｘ線における断面図である。３本の共振ビ
ーム５Ａ，５Ｂ，５Ｃの中で長さが最も短い共振ビーム
５Ａとそれに対応する電極１１Ａとの間の距離を最も短
くし、中間の長さの共振ビーム５Ｂとそれに対応する電
極１１Ｂとの間の距離を最も長くしている。このように
した場合における、共振周波数と出力電圧Ｖout との関
係を図１９に示す。高周波数領域における出力を最も高
く、中間周波数領域における出力を最も低くすることが
できる。この場合、上記（９）式からも分かるように、
出力電圧Ｖout が距離ｄi の２乗に応じて変化するの
で、本例のように距離ｄi を変化させた場合にはその出
力調整幅が大きい。
せた場合の例を示す平面図、図１８（ｂ）は図１８
（ａ）のＸ−Ｘ線における断面図である。３本の共振ビ
ーム５Ａ，５Ｂ，５Ｃの中で長さが最も短い共振ビーム
５Ａとそれに対応する電極１１Ａとの間の距離を最も短
くし、中間の長さの共振ビーム５Ｂとそれに対応する電
極１１Ｂとの間の距離を最も長くしている。このように
した場合における、共振周波数と出力電圧Ｖout との関
係を図１９に示す。高周波数領域における出力を最も高
く、中間周波数領域における出力を最も低くすることが
できる。この場合、上記（９）式からも分かるように、
出力電圧Ｖout が距離ｄi の２乗に応じて変化するの
で、本例のように距離ｄi を変化させた場合にはその出
力調整幅が大きい。
【０１０４】更に、図２０は、距離の微小変化δｄi を
変化させる場合の例を示す平面図である。３本の共振ビ
ーム５Ａ，５Ｂ，５Ｃの中の２本の共振ビーム５Ａ，５
Ｂに対応する電極１１Ａ，１１Ｂは共振ビーム５Ａ，５
Ｂの先端部に対向させて形成しているが、長さが最も長
い共振ビーム５Ｃに対応する電極１１Ｃは共振ビーム５
Ｃの基端部に対向させて形成している。このような位置
に電極１１Ｃを形成することにより、同じ大きさの振動
が共振ビーム５Ｃに生じても、共振ビーム５Ｃの先端部
に対向させて電極１１Ｃを形成した場合に比べて、微小
変化δｄi は小さくなる。このようにした場合における
共振周波数と出力電圧Ｖout との関係を図２１に示す。
低周波数領域における出力を他の周波数領域における出
力より選択的に低くすることができる。
変化させる場合の例を示す平面図である。３本の共振ビ
ーム５Ａ，５Ｂ，５Ｃの中の２本の共振ビーム５Ａ，５
Ｂに対応する電極１１Ａ，１１Ｂは共振ビーム５Ａ，５
Ｂの先端部に対向させて形成しているが、長さが最も長
い共振ビーム５Ｃに対応する電極１１Ｃは共振ビーム５
Ｃの基端部に対向させて形成している。このような位置
に電極１１Ｃを形成することにより、同じ大きさの振動
が共振ビーム５Ｃに生じても、共振ビーム５Ｃの先端部
に対向させて電極１１Ｃを形成した場合に比べて、微小
変化δｄi は小さくなる。このようにした場合における
共振周波数と出力電圧Ｖout との関係を図２１に示す。
低周波数領域における出力を他の周波数領域における出
力より選択的に低くすることができる。
【０１０５】なお、第３実施の形態の振動センサに、時
間的に変化するバイアス電圧を印加することも可能であ
る。例えば、好ましい具体例として、交流電圧がバイア
ス電圧として用いられた場合、振動の振幅が変調された
信号を得ることができる。
間的に変化するバイアス電圧を印加することも可能であ
る。例えば、好ましい具体例として、交流電圧がバイア
ス電圧として用いられた場合、振動の振幅が変調された
信号を得ることができる。
【０１０６】また、この静電容量方式を利用する振動波
検出装置にあっても、前述した第２実施の形態のよう
に、横断ビーム３の両側に同一の共振周波数を持つ１対
ずつｎ組の共振ビーム５を設けるように構成しても、前
記容量Ｃi ，距離ｄi ，距離の微小変化δｄi を変化さ
せることにより共振ビーム５の出力調整が可能であるこ
とは勿論である。
検出装置にあっても、前述した第２実施の形態のよう
に、横断ビーム３の両側に同一の共振周波数を持つ１対
ずつｎ組の共振ビーム５を設けるように構成しても、前
記容量Ｃi ，距離ｄi ，距離の微小変化δｄi を変化さ
せることにより共振ビーム５の出力調整が可能であるこ
とは勿論である。
【０１０７】本発明にあっては、検出器（ピエゾ抵抗
６，電極１１）の条件（面積，形状，設置位置）を可変
として電気的出力を制御しているが、振動波検出装置の
製造工程の検出器を設ける時点でこれらの条件を各共振
ビーム夫々に設定しても良いし、または、検出器を設け
た後にこれらの条件設定を変更するようにしても良い。
６，電極１１）の条件（面積，形状，設置位置）を可変
として電気的出力を制御しているが、振動波検出装置の
製造工程の検出器を設ける時点でこれらの条件を各共振
ビーム夫々に設定しても良いし、または、検出器を設け
た後にこれらの条件設定を変更するようにしても良い。
【０１０８】なお、振動波を音波とした音響センサを本
発明の例として説明したが、音波以外の振動波について
も同様の構成にて、出力を調整できることは勿論であ
る。
発明の例として説明したが、音波以外の振動波について
も同様の構成にて、出力を調整できることは勿論であ
る。
【０１０９】
【発明の効果】以上のように本発明では、共振周波数が
夫々に異なる複数の共振子をアレイ化し、入力された振
動波に対して、各共振子がその共振周波数で選択的に応
答して、振動波における各周波数成分強度を検出する際
に、各共振子における検出出力を調整できるようにした
ので、所望の周波数特性を得ることができる振動波セン
サを実現できる。
夫々に異なる複数の共振子をアレイ化し、入力された振
動波に対して、各共振子がその共振周波数で選択的に応
答して、振動波における各周波数成分強度を検出する際
に、各共振子における検出出力を調整できるようにした
ので、所望の周波数特性を得ることができる振動波セン
サを実現できる。
【図１】本発明の振動波検出装置におけるセンサ本体の
一例を示す図である。
一例を示す図である。
【図２】本発明の振動波検出装置の一例の回路図であ
る。
る。
【図３】本発明の振動波検出装置におけるセンサ本体の
他の例を示す図である。
他の例を示す図である。
【図４】本発明の振動波検出装置の他の例の回路図であ
る。
る。
【図５】本発明の振動波検出装置におけるＦＥＭ分析で
の共振ビームの周波数応答のシミュレーション結果を示
すグラフである。
の共振ビームの周波数応答のシミュレーション結果を示
すグラフである。
【図６】本発明の振動波検出装置における出力電圧と周
波数との関係のシミュレーション結果を示すグラフであ
る。
波数との関係のシミュレーション結果を示すグラフであ
る。
【図７】本発明の振動波検出装置におけるピエゾ抵抗の
抵抗値変更の一例を示す図である。
抵抗値変更の一例を示す図である。
【図８】本発明の振動波検出装置におけるピエゾ抵抗の
抵抗値変更の他の例を示す図である。
抵抗値変更の他の例を示す図である。
【図９】本発明の振動波検出装置におけるピエゾ抵抗の
抵抗値変更の更に他の例を示す図である。
抵抗値変更の更に他の例を示す図である。
【図１０】本発明の振動波検出装置の更に他の例の回路
図である。
図である。
【図１１】本発明の振動波検出装置の更に他の例の回路
図である。
図である。
【図１２】本発明の振動波検出装置における共振ビーム
へのバイアス電圧のパターン例を示すグラフである。
へのバイアス電圧のパターン例を示すグラフである。
【図１３】本発明の振動波検出装置における周波数と変
動電圧の振幅とのシミュレーション結果を示すグラフで
ある。
動電圧の振幅とのシミュレーション結果を示すグラフで
ある。
【図１４】本発明の振動波検出装置の更に他の例を示す
図である。
図である。
【図１５】本発明の振動波検出装置の更に他の例の回路
図である。
図である。
【図１６】容量Ｃi を変化させた場合の例を示す平面図
である。
である。
【図１７】容量Ｃi を変化させた場合の共振周波数と出
力電圧との関係を示すグラフである。
力電圧との関係を示すグラフである。
【図１８】距離ｄi を変化させた場合の例を示す平面図
及び断面図である。
及び断面図である。
【図１９】距離ｄi を変化させた場合の共振周波数と出
力電圧との関係を示すグラフである。
力電圧との関係を示すグラフである。
【図２０】距離の微小変化δｄi を変化させた場合の例
を示す平面図である。
を示す平面図である。
【図２１】距離の微小変化δｄi を変化させた場合の共
振周波数と出力電圧との関係を示すグラフである。
振周波数と出力電圧との関係を示すグラフである。
１ センサ本体 ２ ダイヤフラム ３ 横断ビーム ４ 終止板 ５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ 共振
ビーム ６，６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ ピエ
ゾ抵抗 ７，７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７ａ，７ｂ，９，９Ａ，９Ｂ，
９Ｃ，９ａ，９ｂ，１２ 直流電源 ８，１０，１３ 演算増幅器 １１，１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ 電極 ２０ 半導体シリコン基板 ２１ スリット
ビーム ６，６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ ピエ
ゾ抵抗 ７，７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７ａ，７ｂ，９，９Ａ，９Ｂ，
９Ｃ，９ａ，９ｂ，１２ 直流電源 ８，１０，１３ 演算増幅器 １１，１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ 電極 ２０ 半導体シリコン基板 ２１ スリット
Claims (24)
- 【請求項１】 夫々が異なる特定の周波数に共振する複
数の共振子に振動波を伝播させ、前記共振子夫々の前記
周波数による共振に伴う電気的出力を、前記共振子夫々
に設けた検出器にて検出する振動波検出方法において、
前記共振子夫々における電気的出力を調整することを特
徴とする振動波検出方法。 - 【請求項２】 面積を変化させた前記検出器を使用する
ことにより、前記共振子夫々における電気的出力を調整
する請求項１記載の振動波検出方法。 - 【請求項３】 夫々の共振子における電気的出力が等し
くなるように面積が設定された前記検出器を使用する請
求項２記載の振動波検出方法。 - 【請求項４】 少なくとも１つの前記検出器の一部が削
除されている請求項１〜３の何れかに記載の振動波検出
方法。 - 【請求項５】 前記検出器を並列接続して並列回路を構
成し、該並列回路の一端に電圧を印加し、該並列回路の
他端から前記検出器の電気的出力の和を取り出す請求項
１〜４の何れかに記載の振動波検出方法。 - 【請求項６】 前記検出器は、歪み検出素子，容量性の
素子及びピエゾ抵抗素子からなる群から選ばれた素子で
ある請求項１〜５の何れかに記載の振動波検出方法。 - 【請求項７】 前記検出器として前記共振子夫々にピエ
ゾ抵抗を設け、該ピエゾ抵抗の抵抗値を変化させること
により、前記共振子夫々における電気的出力を調整する
請求項１〜５の何れかに記載の振動波検出方法。 - 【請求項８】 前記検出器として前記共振子夫々にピエ
ゾ抵抗を設け、該ピエゾ抵抗に印加する電圧を変化させ
ることにより、前記共振子夫々における電気的出力を調
整する請求項１〜５，７の何れかに記載の振動波検出方
法。 - 【請求項９】 印加する電圧が交流電圧である請求項５
または８記載の振動波検出方法。 - 【請求項１０】 夫々が異なる特定の周波数に共振する
複数の共振子と、該共振子夫々に設けられており、前記
複数の共振子に伝播された振動波によるその共振子夫々
の前記周波数での共振に伴う電気的出力を検出する検出
器とを備えた振動波検出装置において、前記検出器は、
前記共振子夫々における電気的出力を調整して検出する
ように構成してあることを特徴とする振動波検出装置。 - 【請求項１１】 前記共振子夫々に設けた各検出器の電
気的出力が実質的に等しい請求項１０記載の振動波検出
装置。 - 【請求項１２】 前記共振子夫々に設ける各検出器の面
積が可変である請求項１０または１１記載の振動波検出
装置。 - 【請求項１３】 前記検出器を並列接続してなる並列回
路を構成し、該並列回路に接続された電圧源と、該並列
回路の電気的出力の和を取り出す出力回路とを備える請
求項１０〜１２の何れかに記載の振動波検出装置。 - 【請求項１４】 前記検出器は、歪み検出素子である請
求項１０〜１３の何れかに記載の振動波検出装置。 - 【請求項１５】 前記検出器は、容量性の素子である請
求項１０〜１３の何れかに記載の振動波検出装置。 - 【請求項１６】 前記検出器は、ピエゾ抵抗である請求
項１０〜１３の何れかに記載の振動波検出装置。 - 【請求項１７】 前記ピエゾ抵抗の抵抗値が可変である
請求項１６記載の振動波検出装置。 - 【請求項１８】 前記ピエゾ抵抗の形状が可変である請
求項１７記載の振動波検出装置。 - 【請求項１９】 前記ピエゾ抵抗にスリットが形成され
ている請求項１７記載の振動波検出装置。 - 【請求項２０】 前記ピエゾ抵抗は、その狭窄部に流れ
る電流の方向が歪みの方向と実質的に直交するように設
けられている請求項１６〜１９の何れかに記載の振動波
検出装置。 - 【請求項２１】 前記複数の共振子を複数の共振子を単
位とした各ブロック毎に前記検出器を並列接続してなる
並列回路を構成し、各ブロックでの並列回路毎に異なる
電圧を前記検出器に印加する手段を備える請求項１０〜
２０の何れかに記載の振動波検出装置。 - 【請求項２２】 前記各ブロックの電気的出力の和を取
り出す手段を備える請求項２１記載の振動波検出装置。 - 【請求項２３】 印加する電圧が交流電圧である請求項
１３，２１または２２記載の振動波検出装置。 - 【請求項２４】 同じ特定の周波数に共振する複数の共
振子を複数組備える請求項１０〜２３の何れかに記載の
振動波検出装置。
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12530399A JP3348686B2 (ja) | 1998-05-22 | 1999-04-30 | 振動波検出方法及び装置 |
| TW089107773A TWI243238B (en) | 1998-05-22 | 1999-05-20 | Oscillatory wave detection method and device |
| AU31218/99A AU746037B2 (en) | 1998-05-22 | 1999-05-21 | Vibration wave detecting method and vibration wave detector |
| US09/316,586 US6079274A (en) | 1998-05-22 | 1999-05-21 | Vibration wave detecting method and vibration wave detector |
| KR1019990018516A KR100354976B1 (ko) | 1998-05-22 | 1999-05-21 | 진동파 검출 방법 및 장치 |
| EP99110076A EP0959333B1 (en) | 1998-05-22 | 1999-05-22 | Vibration wave detecting method and vibration wave detector |
| DE69937858T DE69937858T2 (de) | 1998-05-22 | 1999-05-22 | Verfahren und Vorrichtung zur Messung von Vibrationswellen |
| DK99110076T DK0959333T3 (da) | 1998-05-22 | 1999-05-22 | Fremgangsmåde til detektering af vibrationsbölge og vibrationsbölgedetektor |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14191598 | 1998-05-22 | ||
| JP10-141915 | 1998-05-22 | ||
| JP12530399A JP3348686B2 (ja) | 1998-05-22 | 1999-04-30 | 振動波検出方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000046639A JP2000046639A (ja) | 2000-02-18 |
| JP3348686B2 true JP3348686B2 (ja) | 2002-11-20 |
Family
ID=26461771
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12530399A Expired - Fee Related JP3348686B2 (ja) | 1998-05-22 | 1999-04-30 | 振動波検出方法及び装置 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6079274A (ja) |
| EP (1) | EP0959333B1 (ja) |
| JP (1) | JP3348686B2 (ja) |
| KR (1) | KR100354976B1 (ja) |
| AU (1) | AU746037B2 (ja) |
| DE (1) | DE69937858T2 (ja) |
| DK (1) | DK0959333T3 (ja) |
| TW (1) | TWI243238B (ja) |
Families Citing this family (25)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3348687B2 (ja) * | 1998-05-22 | 2002-11-20 | 住友金属工業株式会社 | 振動波検出方法及び装置 |
| US6360611B1 (en) * | 2000-04-21 | 2002-03-26 | Kohji Toda | Device for ultrasound radiation into a material |
| US6600389B2 (en) * | 2001-05-30 | 2003-07-29 | Intel Corporation | Tapered structures for generating a set of resonators with systematic resonant frequencies |
| DE10129456A1 (de) * | 2001-06-19 | 2003-01-09 | Fraunhofer Ges Forschung | Vorrichtung und Verfahren zur Erfassung und Analyse von Schallsignalen |
| KR20050059075A (ko) * | 2002-08-20 | 2005-06-17 | 더 리전트 오브 더 유니버시티 오브 캘리포니아 | 진동 검출기, 음 검출기, 보청기, 와우각 이식물 및 이와관련된 방법 |
| KR100583103B1 (ko) | 2002-12-31 | 2006-05-23 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 소자의 제조 방법 |
| US7088031B2 (en) * | 2003-04-22 | 2006-08-08 | Infinite Power Solutions, Inc. | Method and apparatus for an ambient energy battery or capacitor recharge system |
| US20080178682A1 (en) * | 2005-01-10 | 2008-07-31 | The Regents Of The University Of California | Resonator circuit having reduced effects of parasitic feed-through capacitance |
| JP2006200976A (ja) * | 2005-01-19 | 2006-08-03 | Denso Corp | 超音波センサ |
| US7559242B2 (en) * | 2005-03-31 | 2009-07-14 | Intel Corporation | Silicon micromachined ultra-sensitive vibration spectrum sensor array (VSSA) |
| US7600429B2 (en) * | 2006-04-20 | 2009-10-13 | Intel Corporation | Vibration spectrum sensor array having differing sensors |
| JP4539920B2 (ja) * | 2006-05-12 | 2010-09-08 | 国立大学法人 東京大学 | 振動波検出方法及び装置 |
| JP2008008683A (ja) * | 2006-06-27 | 2008-01-17 | Univ Of Tokyo | 振動波検出方法及び装置 |
| JP2008139136A (ja) * | 2006-12-01 | 2008-06-19 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 力学量センサおよびその製造方法 |
| KR100999838B1 (ko) | 2008-05-09 | 2010-12-09 | 한국과학기술원 | 다중외팔보 mems 센서의 제조방법 및 다중외팔보 mems 센서를 이용한 음원위치 추정방법 |
| EP2442445B1 (en) * | 2010-10-12 | 2013-12-11 | Nxp B.V. | MEMS oscillator |
| US9105751B2 (en) | 2011-11-11 | 2015-08-11 | International Business Machines Corporation | Integrated semiconductor devices with single crystalline beam, methods of manufacture and design structure |
| US8629036B2 (en) | 2011-11-11 | 2014-01-14 | International Business Machines Corporation | Integrated semiconductor devices with amorphous silicon beam, methods of manufacture and design structure |
| US8546240B2 (en) | 2011-11-11 | 2013-10-01 | International Business Machines Corporation | Methods of manufacturing integrated semiconductor devices with single crystalline beam |
| KR102207928B1 (ko) * | 2014-08-13 | 2021-01-26 | 삼성전자주식회사 | 음향 센싱 소자 및 주파수 정보 획득 방법 |
| KR102454950B1 (ko) * | 2015-12-11 | 2022-10-14 | 삼성전자주식회사 | 분광기 및 분광기를 포함하는 이미지 센서 |
| JP7030331B2 (ja) * | 2018-03-28 | 2022-03-07 | リバーエレテック株式会社 | Ａｅセンサ素子及びａｅセンサ |
| KR102692565B1 (ko) * | 2018-11-20 | 2024-08-07 | 삼성전자주식회사 | 공진기, 이를 포함하는 공진기 시스템 및 공진기 제조 방법 |
| KR20220037551A (ko) * | 2020-09-17 | 2022-03-25 | 삼성전자주식회사 | 공진기 및 차동 증폭기를 포함하는 센서 인터페이스 |
| KR20230069710A (ko) * | 2021-11-12 | 2023-05-19 | 삼성전자주식회사 | 지향성 음향 센서 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3614678A (en) * | 1967-08-11 | 1971-10-19 | Gen Electric | Electromechanical filters with integral piezoresistive output and methods of making same |
| DE3731196A1 (de) * | 1987-09-17 | 1989-03-30 | Messerschmitt Boelkow Blohm | Frequenzselektiver schallwandler |
| US5001933A (en) * | 1989-12-26 | 1991-03-26 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Micromechanical vibration sensor |
| US5856722A (en) * | 1996-01-02 | 1999-01-05 | Cornell Research Foundation, Inc. | Microelectromechanics-based frequency signature sensor |
-
1999
- 1999-04-30 JP JP12530399A patent/JP3348686B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1999-05-20 TW TW089107773A patent/TWI243238B/zh not_active IP Right Cessation
- 1999-05-21 AU AU31218/99A patent/AU746037B2/en not_active Ceased
- 1999-05-21 US US09/316,586 patent/US6079274A/en not_active Expired - Fee Related
- 1999-05-21 KR KR1019990018516A patent/KR100354976B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1999-05-22 DE DE69937858T patent/DE69937858T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1999-05-22 DK DK99110076T patent/DK0959333T3/da active
- 1999-05-22 EP EP99110076A patent/EP0959333B1/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AU746037B2 (en) | 2002-04-11 |
| KR19990088491A (ko) | 1999-12-27 |
| US6079274A (en) | 2000-06-27 |
| EP0959333A2 (en) | 1999-11-24 |
| EP0959333A3 (en) | 2003-01-15 |
| DE69937858T2 (de) | 2009-01-02 |
| KR100354976B1 (ko) | 2002-10-05 |
| DK0959333T3 (da) | 2008-05-13 |
| EP0959333B1 (en) | 2008-01-02 |
| JP2000046639A (ja) | 2000-02-18 |
| AU3121899A (en) | 1999-12-02 |
| DE69937858D1 (de) | 2008-02-14 |
| TWI243238B (en) | 2005-11-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3348686B2 (ja) | 振動波検出方法及び装置 | |
| JP3348687B2 (ja) | 振動波検出方法及び装置 | |
| US11800804B2 (en) | Variable thickness diaphragm for a wideband robust piezoelectric micromachined ultrasonic transducer (PMUT) | |
| US6943484B2 (en) | Tunable piezoelectric micro-mechanical resonator | |
| US8467548B2 (en) | Miniature micro-electromechanical system (MEMS) based directional sound sensor | |
| US8686714B2 (en) | Electromechanical transducer and a method of providing an electromechanical transducer | |
| JPWO2005012922A1 (ja) | 加速度センサ | |
| GB2188421A (en) | Vibrating beam force transducer with a-frame beam root and frequency adjusting means | |
| US7155980B2 (en) | Resonating transducer | |
| US6810737B2 (en) | Resonant element and vibration adjusting method therefor | |
| JP3353728B2 (ja) | 音響振動センサ | |
| JP3230347B2 (ja) | 角速度センサ | |
| US7359286B2 (en) | Multi-level capacitive ultrasonic transducer | |
| JP2000205940A (ja) | センサ素子及び振動波センサ | |
| JP2008008683A (ja) | 振動波検出方法及び装置 | |
| US20220326188A1 (en) | Multi frequency acoustic emission micromachined transducers for non-destructive evaluation of structural health | |
| JPH0435018B2 (ja) | ||
| Scheibner et al. | Silicon vibration sensor arrays with electrically tunable band selectivity | |
| Chen et al. | Vibration signature analysis sensors for predictive diagnostics |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110913 Year of fee payment: 9 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |